Pompa ciepła – jak to działa?

Pompa ciepła to niskotemperaturowe urządzenie grzewcze wykorzystujące energię cieplną, której ogromne ilości znajdują się w naturalnych pokładach ziemi, powietrza i wody. Jego zasada działania oparta jest na typowych przemianach fizycznych, które zachodzą w urządzeniu: parowaniu, sprężaniu skraplaniu oraz rozprężaniu.

Aby pompa ciepła działała, potrzebuje dostarczenia do napędu sprężarki tylko niewielkiej ilości energii elektrycznej.

Elementy pompy ciepła tworzą zamknięty układ, wewnątrz którego krąży ekologiczny czynnik roboczy podlegający ciągłym przemianom z postaci ciekłej na gazową i odwrotnie powodując przepływ energii cieplnej ze źródła dolnego do górnego.

Dolnym źródłem ciepła może być grunt, w którym umieszczane są kolektory płaskie, spiralne lub sondy, woda, powietrze oraz np. ścieki. Źródło górne stanowi instalacja grzewcza.

Jak działa pompa ciepła?

W wymienniku ciepła zwanym parownikiem czynnik roboczy w postaci mieszaniny cieczy i gazu ulega procesowi odparowania. Odbiera w ten sposób energię cieplną z dolnego źródła. Następnie czynnik zassany zostaje w postaci pary o niskim ciśnieniu do sprężarki, gdzie wzrasta jego ciśnienie oraz temperatura.

Kolejnym elementem obiegu, do którego trafia czynnik w postaci gazowej, jest wymiennik ciepła zwany skraplaczem. Gorący i sprężony czynnik oddaje tu energię cieplną do źródła górnego, co powoduje jego skroplenie. Na drodze do parownika czynnik napotyka zawór rozprężny – jest to ostatni z elementów zamykający obieg termodynamiczny, który racjonuje ilość czynnika trafiającą do parownika. Procesowi temu towarzyszy obniżenie ciśnienia oraz temperatury czynnika. W ten sposób czynnik krąży w obiegu termodynamicznym zapewniając cykliczność pracy pompy ciepła.

Rodzaje pomp ciepła

Do najczęściej spotykanych pomp ciepła należą pompy ciepła typu solanka-woda. Pozostałe dwa rodzaje to: powietrze-woda i woda-woda (najrzadziej stosowane pompy z tzw. bezpośrednim odparowaniem zostały w niniejszym artykule pominięte).

Każda z trzech typów pomp działa tak samo w obiegu tzw. górnego źródła, czyli prościej mówiąc – instalacji centralnego ogrzewania. Wszystkie rodzaje pomp wykorzystują wodę jako medium grzewcze w górnym źródle i stąd jeden człon nazwy typu urządzenia to woda. Różnią się natomiast te urządzenia medium i źródłem energii wykorzystywanym w tzw. dolnym źródle, czyli obiegu dostarczającym energię do pompy.

Pompy typu woda-woda wykorzystują jako dolne źródło podziemne cieki wodne. Pompa pobiera wodę z jednej studni i zrzuca do drugiej oddalonej min. o 15 m w kierunku cieku wodnego. Rozwiązanie takie wymaga przede wszystkim dostępności cieków podwodnych o odpowiedniej wydajności (pompa o mocy 8 kW przepompowuje ok. 2 m3 wody na godzinę). Poza tym wydajność cieku nie może się zmienić na przestrzeni okresu, na który przewidziane jest działanie pompy, a więc 25-30 lat. Jeszcze jeden powód czyni stosowanie pomp woda-woda nieatrakcyjnym: przepływająca przez pompę woda jest zmineralizowana, co powoduje szybką korozję i uszkadzanie elementów, z którymi się styka. Nie występuje tu zjawisko, które jest charakterystyczne dla instalacji centralnego ogrzewania – tam krąży cały czas ta sama woda, która szybko wytrąca minerały i staje się neutralna dla elementów instalacji. Z powyższych powodów nasza firma nie zajmuje się montażem pomp ciepła typu woda-woda i nie zaleca ich stosowania.

Pompy typu powietrze-woda wykorzystują powietrze zewnętrzne jako źródło energii. Takie urządzenia działają doskonale, gdy temperatura zewnętrzna wynosi powyżej -5oC. Wtedy osiągnięcie temperatury w obiegu centralnego ogrzewania na poziomie +35 oC jest możliwe i efektywne. Przy temperaturach poniżej -5 oC sprawność pompy powietrze-woda gwałtownie spada. Uzyskanie w centralnym ogrzewaniu +35 oC jest możliwe, ale dużo mniej efektywne. Wskaźnik COP, który określa stosunek energii uzyskanej z dolnego źródła do energii elektrycznej potrzebnej do jej uzyskania spada. I dochodzi do sytuacji, gdy pompa grzeje głównie prądem, co oczywiście wpływa na koszty eksploatacyjne.

Najbardziej efektywnym rozwiązaniem są pompy ciepła typu solanka-woda woda (lub glikol-woda). W tym rozwiązaniu do pompy jest dostarczana energia słoneczna skumulowana w ziemi. Stosuje się dwa typy tzw. wymienników: pionowe i poziome. Wymienniki pionowe to odwierty o głębokości do 150 m, w których umieszcza się sondę w postaci rury z tworzywa w kształcie wąskiej i długiej litery „U”. W przypadku domów jednorodzinnych stosuje się dwa lub trzy takie odwierty. Wymienniki poziome (kolektory) to ułożone poziomo na głębokości ok. 1,5 m pętle z rury z tworzywa sztucznego. Długość takiej pętli to maksymalnie 125/150 m, a ich ilość zależy od zapotrzebowania domu na ciepło i waha się od 4 do 10 m. Pompy solanka-woda wykorzystują fakt, że temperatura ziemi poniżej 1,5 m jest w przybliżeniu stała i wynosi 7-8 oC. To pozwala na uzyskanie temperatury krążącego czynnika (najczęściej roztworu glikolu) na poziomie około +4 oC, co dla pompy jest bardzo efektywne. Pompa za pomocą sprężarki podnosi temperaturę do +35 oC przy bardzo dobrej efektywności (współczynnik COP – 4,0). Pompy ciepła typu solanka-woda są w tej chwili chwili najbardziej efektywnymi i stabilnymi urządzeniami wykorzystującymi energię odnawialną do celów grzewczych.

pompy ciepła Lublin

Zakres usług:

Projektowanie,montaż i serwis pomp ciepła